生物的化学组成及沉积有机质

生物的化学组成及沉积有机质第1页/共99页1、生物的进化从异养生物(heterotroph)到自养生物(autotroph)和从无氧呼吸到有氧呼吸的进化从原核生物到真核生物、从无性生殖到有性生殖的进化动植物的分化：最早的动物出现在1000Ma前奥陶纪，陆地淡水出现原始鱼形动物；志留纪，陆生高等植物；泥盆纪，陆生植物大规模繁殖人类的起源：开始了生命史的最辉煌的篇章叶绿素通过叶绿素和取之不尽的太阳能将二氧化碳和水转化成有机物有氧呼吸比无氧（发酵）呼吸的效率高19倍，提高了生物新陈代谢的效能。简单复杂单一多样高级低级这是生物区系和生态系统的最大演化。从此确立了生物三极系统（动、植、菌）。进入古生代，动植物化石剧增达1200种。这是生物从简单到复杂的转折点。一切高等多细胞生物都以真核细胞为基本单元。有性生殖的出现，大大提高了生物的变异性和适应性。第2页/共99页2、地史时期的沉积有机质来源浮游植物（phytoplankton）：可能是有机质的第一来源高等植物：提供的有机质与细菌相当细菌：可能是有机质的第二大来源浮游动物（Zooplankton）：浮游动物为主的低等水生生物是有机质的重要来源陆地高等植物始于志留纪。中泥盆世经历了一个爆炸性的发展，到晚石炭世，以蕨类植物为主的陆生植物群达到高峰，形成世界第一大成煤期，晚二叠世~早白垩世称为“裸子植物”时代，以后迅速进入“被子植物”时代适应性强的被子植物的繁衍是植物界最重要的变革。寒武纪以后，以浮游动物为主的低等水生动物才成为重要的有机质来源。而高动物提供有机质始终非常有限。以浮游植物为食，因而浮游动物高产期往往紧接浮游植物高产期而出现。在生理方面具有巨大的应变性，存在于生命的整个地史时期，并遍及生物圈的任何地方。第3页/共99页浮游植物的4个高产期：

前寒武纪晚期-早泥盆世，盛产具有机壁的生物。晚古新世-始新世。中新世达到高峰，其它时期产量较低。晚侏罗世-白垩纪，盛产钙质、硅质浮游生物。第三纪晚第三纪早第三纪上新世中新世渐新世始新世古新世在地质历史中，化石浮游植物群和总浮游植物群丰度变化蓝绿藻绿藻第4页/共99页陆地植物的演化过程细菌蓝绿藻鞭毛虫或其它单细胞生物霉菌第5页/共99页第二章生物的化学组成及沉积有机质一、生物圈的演变

二、有机碳的地球化学循环

三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化二、有机碳的地球化学循环第6页/共99页有机圈及有机碳的地化循环有机圈——指地球上古今生物以及生物为来源的有机物分布、演变的空间。生物圈——指地球上活的生物分布、发育的空间。有机圈的范围大于生物圈所有有机物都是碳化物，研究有机物的演化过程，一定意义上就是研究碳的演化、分布和循环的过程。交换库有机圈岩石圈生物圈储存库在有机圈中有机碳循环示意图石油、天然气变质沉积岩中的有机质沉积岩中的有机物、煤、干酪根等土壤、沉积物中有机物；出露、开采至地表的有机物死亡的动植物细菌动物光合作用植物和细菌CO2第7页/共99页

二氧化碳的循环过程和途径（Tissot，1978）第8页/共99页第二章生物的化学组成及沉积有机质

一、生物圈的演变

二、有机碳的地球化学循环

三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化三、生物有机质的化学组成第9页/共99页生物体是沉积有机质的原始母质生物植物动物微生物生物体生物化学组成主要次要蛋白质脂类碳水化合物核酸酶木质素色素维生素丹宁与树脂第10页/共99页碳水化合物——又称糖类。分子通式——Cn(H2O)n。它是含多羟基的醛类或酮类以及由它们聚合而成的高分子化合物。其基本的组成单元为：葡萄糖。碳水化合物是分布极广的有机物，是光合作用的产物，它将太阳能储存于生物体内，为生物的生命活动提供了基本能量，构成某些动植物的支撑组织。动物糖细菌植物糖占干重的80%糖占干重的10~30%动物器官：糖占干重的2%1、碳水化合物第11页/共99页OHOHOHHOHHHHHOCH2OH第12页/共99页糖单糖低聚糖(2~10单糖分子)多糖（10个以上）地球化学意义单糖低聚糖多糖易溶于水，地质体中保存甚微。上千个单糖以糖苷键的形式相连成高聚体。不易溶于水。植物的骨架—（半）纤维素最具地球化学意义多糖昆虫的甲壳、植物的树胶等植物储存的养分—淀粉动物体内储存的养分—糖原纤维素是一种复杂的多糖，其分子量在50000~400000之间。占植物界含碳量的50%以上。棉花（90%以上）几丁质甲壳质纤维素不溶于水。葡萄糖酸、微生物酶作用发生水解Cx(H2O)y第13页/共99页纤维素纤维素糊精纤维式糖水解水解水解纤维素OHOHOHHOHHHHHOCH2OH葡萄糖第14页/共99页淀粉的结构第15页/共99页糖单糖低聚糖(2~10单糖分子)多糖（10个以上）地球化学意义单糖低聚糖多糖易溶于水，地质体中保存甚微。上千个单糖以糖苷键的形式相连成高聚体。不易溶于水。植物的骨架—（半）纤维素最具地球化学意义多糖昆虫的甲壳、植物的树胶等植物储存的养分—淀粉动物体内储存的养分—糖原纤维素是一种复杂的多糖，其分子量在50000~400000之间。占植物界含碳量的50%以上。棉花（90%以上）几丁质甲壳质纤维素不溶于水。葡萄糖酸、微生物酶作用发生水解Cx(H2O)y第16页/共99页动物和植物支撑组织中的大分子碳水化合物衍生物(即纤维素、果胶、藻酸和几丁质)OH-基分子量小大几丁质藻酸果胶纤维素第17页/共99页甘油棕榈酸脂肪动植物的中油脂是最重要的脂类。油脂大量分布于动物的皮下组织、植物的孢子、种子合果实中。细菌和藻类也含有丰富的脂类。脂类是构成生物膜的重要物质，并为机体的新陈代谢提供必要的能量。2、脂类第18页/共99页沥青和烃类也具有脂类的特点，因此有人将其归入脂类注意特点不溶于水易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性的有机溶剂脂类脂类化合物类脂化合物油溶性染料、萜烯类化合物、甾化合物类及磷脂等脂肪、植物油、高级脂肪酸蜡、脂肪酸、醇类及天然蜡等真脂第19页/共99页地球化学意义脂类脂类酸脂肪不稳定，水解成脂肪酸脂肪酸稳定，低温缺氧环境易保存动物植物土壤沉积岩沉积物地下水分布细菌脂类酸饱和脂类酸不饱和脂类酸硬脂酸软脂酸油酸亚油酸第20页/共99页（1）脂肪酸多数链长14~20个碳原子，均为偶数不饱和脂类酸的熔点比同等链长的饱和脂类酸熔点低高等植物、藻类和低温生活的动物中，不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸油——不饱和脂类酸含量较高的甘油酯在常温下呈液态，称为油（oil）脂——饱和脂类酸含量较高的酯在常温下呈固态，称为脂（fat）高等植物中不饱和脂肪酸约占脂肪酸的78%藻类不饱和脂肪酸约占脂肪酸的73%~88%鱼类饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的66%不同种类的生物含有不同类型的脂肪酸植物16~22、16、18为主藻类16、18为主动物16、18、

14为主细菌所含的脂肪酸种类比高等动植物少的多在植物类脂中还广泛存在一些含量少的脂肪酸如6、8、10、22、24烷酸；16：1、16：3、20：4、20：6等烯烃碳数第21页/共99页蜡是不溶于水的固体，它是高级脂肪酸与高级一元醇或甾醇形成的脂，包括长链烷烃名称分子式虫蜡C25H51COOC26H53蜂蜡C15H31COOC30H61鲸蜡C15H31COOC16H33巴西棕榈蜡C25H51COOC30H61蜡是原油中高碳数正构烷烃的主要来源OORC（高级脂肪酸）（甾醇）蜡的结构（2）蜡在皮肤、羽毛、树叶、果实表面以及昆虫的外骨骼，防止水分过度蒸发。第22页/共99页（3）萜类化合物生物合成的一个重要方式就是异戊二烯单元的聚合反应。凡是含有成倍的C5单元的天然生物产物，通常就是整数个异戊二烯单元的连接。异戊二烯单元中因为存在共轭双键，可以连接成环状，形成种类繁多的化合物。异戊二烯单元构成的天然环状单萜CHH3CCH3异戊二烯单元H3CHCH2CH2CC第23页/共99页单萜2个异戊二烯单元C10倍半萜3个异戊二烯单元C15双萜4个异戊二烯单元C20二倍半萜5个异戊二烯单元C25三萜6个异戊二烯单元C30四萜8个异戊二烯单元C40根据异戊二烯单元的数目对萜类的分类环状的萜：双环、三环、五环等第24页/共99页单萜主要出现在高等植物香精油中的单萜柠檬油、松节油、樟脑中有丰富的单萜。单萜为挥发性物质不易保存在地质体中。玫瑰油香叶烯香茅醇非兰醛香芹酮萜品烯第25页/共99页法呢醇结构

链状，单环和双环的倍半萜广泛存在与高等植物中。如链状的法呢醇就含在玫瑰油，茉莉花油中。倍半萜：第26页/共99页高等植物中普遍生物化学成分叶绿素的侧基植物的树脂叶绿醇松香酸COOH几种重要的双萜海松酸COOHHO第27页/共99页三萜类是环状异戊二烯类中非常重要的一类。大部分三萜类为五环化合物，有的是五个六元环，有的是四个五元环和一个六元环。它们共同的生化先质体是自然界中广泛分布的角鲨烯。酵母、鲨鱼肝油中都含有。C30H50绝大部分都分布在高等植物中角鲨烯及其衍生物的重要五环三萜类角鲨烯奥利烷型乌索烷型羽扇烷型第28页/共99页甾族化合物前生C30四膜虫醇（原生动物）伽码蜡烷系列活有机体中主要的三萜是化石三萜类的质体第29页/共99页四萜是重要的色素特点：含有较长的碳—碳共轭双键体系，在链端有一个或两个六元环。多带由黄至红的颜色，葫萝卜素、番茄红素、和叶黄素。它们广泛分布于植物的叶、花、果实中，动物的乳汁和脂肪中也有。几种重要的四萜叶黄素番茄红素第30页/共99页（4）甾族化合物又称为类固醇化合物特点：含有一个由4个环组成环戊稠全氢化菲（甾环）。这类化合物在A、B环之间和C、D环之间都有一个甲基（R1，R2）角甲基烷基侧链甾族化合物的4个环，两两之间可以顺位或反位稠合。环上有取代基时，还可以产生新的手征碳原子。因此，甾族化合物立体异构体很多，立体化学十分复杂。R1R3R2ACBD甾族化合物骨架平面图第31页/共99页ABCDABCDABCDCH3CH3R4321151412118765171610139C、D反式RCH3CH3ABCDA、B顺式甾族化合物构型A、B反式A、B顺式反式为胆甾烷构型顺式为粪甾烷构型自然界的甾烷B与C都是反式稠合；C与D大多是反位。C、D顺式第32页/共99页甾族化合物的结构分类甾醇甾族激素胆汁酸天然甾醇在C3位上含有羟基D环上带烷基侧链R3甾族生物硷C27，胆甾醇（动物、植物）自然界重要的甾族化合物结构甲基已经消失第33页/共99页（5）生物烃烃开链烃闭链烃二烯烃烯烃烷烃炔烃脂肪烃环烃芳烃脂环烃异构烷烃正构烷烃碳原子连接成闭合的碳环第34页/共99页生物烃异戊二烯烃支链烷烃和烯烃直链烷烃芳香烃一般指头尾规则相连的开链饱和异戊二烯烃生物合成的正构烷烃具有明显的奇偶优势生物烃的一个特征是异构烃中主要为2-甲基异构烷烃和3-甲基反异构烃，两者总和可达石蜡烃的30~40%。高等植物：碳数多为25~31，具奇偶优势；微生物：碳数多为20~30，无奇偶优势。海相浮游植物含烯烃超过饱和烃，碳数为15~21，淡水藻以C29、C31、C33烃为主。烃类中芳烃仅次于烷烃第35页/共99页生物体类别脂类干重（%）烃干重（%）陆地植物叶1~150.04~10水边草类1~20.01~0.07浮游植物4~280.01~0.5浮游动物3~570.01~1细菌6~350.01~3不同生物体内脂类和烃含量第36页/共99页C15C16C18C19C20在古代沉积物和原油中规则异戊间二烯化合物烃类的主要分子第37页/共99页头—头连接型尾—尾连接型葡萄藻烷（丛粒藻烷）第38页/共99页褐藻褐藻和绿藻浮游生物沉积的浮游生物大麦玉米藻类和某些高等植物的正构烷烃分布图第39页/共99页后峰型原油饱和烃色谱特征前峰型原油饱和烃色谱特征第40页/共99页双峰型原油饱和烃色谱特征昌斜312井原油孔二段1700m昌64-3井孔二段原油昌67(4)-3井孔二段原油昌16井孔二段原油3666.00～3673.00m昌1井孔二段3520.0～3538.0m昌67(1)-2井孔二段原油潍北凹陷孔店组原油饱和烃色谱图PrPhPrPhnC17nC17nC16nC17nC17nC16PrPhPrPhPrPhPhPh第41页/共99页陆源植物细菌海藻每个分子的碳原子数不同成因正构烷烃碳数分布图030201040第42页/共99页碳数碳数碳数碳数碳数碳数低成熟烃源岩正构烷烃碳数分布特征峰值峰值峰值峰值峰值峰值第43页/共99页芳烃烃类中芳烃仅次于烷烃芳烃的碳氢比大于烷烃生物体中木质素、丹宁含有含有芳环结构，甾萜类、树脂、色素化合物中也存在芳环。游离的芳烃生物体中极为罕见第44页/共99页几种常见的聚环芳烃萘蒽菲萤蒽芘北屈匹(pi)第45页/共99页（6）树脂树脂是萜类的混合物，分子量大小从C15倍半萜~C40的四萜，主要为双萜和三萜的衍生物天然树脂中的主要成分贝壳松酸信息酸松香酸COOHCOOHCOOHCOOH第46页/共99页生物植物动物微生物生物体生物化学组成主要次要蛋白质脂类碳水化合物核酸酶木质素色素维生素丹宁与树脂第47页/共99页借肽键首尾相连而成分子量：6000~1000000以上，含氮量平均16%。分子量6000以下称之为肽。蛋白质分解后可形成氨基酸，氨基酸对石油的形成有一定的意义。蛋白质结构示意图NHHHR1NNNR3R2R4HHNHHHHCOCCCCOCOCCO3、蛋白质第48页/共99页氨基酸氨基羧基氨基酸是既包含有酸基又包含有碱基的两性物质。稳定性高，熔点200~300度。氨基酸同时脱去氨基和羧基就能形成烃类。这些烃类大部分为C1~C7。烃氨基酸分子结构图CH3CH2CH2CH2CH3CHCOOHCOOHCOOHCH2HNH2NH2NH2CHCH2NH2COOHCR碱基氨基酸：氨基>羧基酸基氨基酸：氨基<羧基第49页/共99页酶酶蛋白结构同蛋白质相似。酶是是生物催化剂酶的作用具有高度专一性，一种酶只对一类或一种特定的物质作用微生物通过酶起作用，对有机质进行改造。酶催化反应的速度比非催化反应高108~1020倍一般在常温、常压和中酸碱性条件下进行反应。条件改变就失去活性。需要量少，催化效率高，可以降低反应的活化能，使反应速率加大。主要由氨基酸组成，并非所有的蛋白质都是酶，只有具有催化作用的蛋白质才能称为酶。第50页/共99页4、木质素木质素是植物细胞壁的主要成分，它包围着纤维素并充填其间隙形成了支撑组织。第51页/共99页功能：木质素在植物组织中具有增强细胞壁，粘合纤维的作用。特点：木质素性质十分稳定，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧水体中，在水和微生物的作用下，木质素分解，与其它化合物生成腐殖质。芳香族植物醇木质素分子（的一部分）脱水缩合松柏醇芥子醇对香豆醇第52页/共99页两者都具有芳香结构的特点丹宁的组成和特点介于木质素和纤维素之间，主要出现在高等植物中。藻类含少量丹宁。丹宁的主要单元，五倍子酸和鞣花酸的结构丹宁主要出现在高等植物中。例如，红树科树皮中丹宁含量达21~58%。树叶达6.5%。丹宁的组成和性质接介于木质素和纤维素之间。主要有几种羟基芳香酸如五倍子酸、鞣花酸的衍生物缩合而成。沉积有机质中芳烃的主要来源，成煤的重要有机组分。五倍子酸鞣花酸COOHOHOOHOHOHOHHOOHOOO第53页/共99页叶绿素血红素葫萝卜素、叶黄素等Fe沉积物中未见有叶绿素a分布，只有叶绿素b（脱镁）Mg通过其连接吡咯环形成卟吩核核5、色素第54页/共99页叶黄素番茄红素第55页/共99页CHONH/CO/C蛋白质53.07.023.016.01.580.33纤维素44.46.249.41.680.83木质素62.06.231.91.180.39脂肪77.512.010.51.860.10蜡质81.013.55.52.000.05角质61.59.129.41.78(1.4)0.36(0.2)树脂80.011.59.01.730.08孢粉质59.38.232.51.660.41(0.3)色素768.49.11.330.09丹宁51.34.344.41.010.65藻类、浮游生物68.09.8202.21.730.22细菌、酵母50.06.712.4~30.512.41.610.19~0.46浮游动物57.08.533.01.790.43陆生植物54.06.037.02.751.330.51植物木质部50.06.044.01.440.66泥炭556.536.02.51.410.49褐煤686.024.021.050.26烟煤884.56.510.610.06无烟煤933.530.50.440.016石油8413.020.51.840.004油页岩67~857~132~170~31.25~1.750.02~0.20藻煤76.910.47.61.51.610.07平均元素组成第56页/共99页123生物的平均组成第57页/共99页第1章生物的化学组成及沉积有机质

一、生物圈的演变

二、有机碳的地球化学循环

三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化第58页/共99页沉积有机质来源的生物种类浮游植物细菌高等植物浮游动物水盆内水生生物来源水盆外陆源高等植物来源混合来源有机质主要来源第59页/共99页影响沉积有机质丰度的主要因素水体环境的物理参数水体环境的化学参数水体环境的生物参数第60页/共99页水体环境的物理参数是指沉积物和有机质从中降落的沉积介质的动态和静态的物理环境。水流速粘土矿物与有机质的絮凝作用水体深度与浪基面深度沉积速度与沉降速度上图表明：（1）颗粒被侵蚀的始动流速大于搬运流速；（2）无粘着力无涡流的情况下，搬运粒度大小与流速成正比；（3）粉砂、粘土、分散有机质颗粒的始运流速与沉积临界流速相差很大。均一物质的侵蚀曲线与沉积作用曲线沉积作用作运搬用侵蚀作用第61页/共99页沉积物颗粒的搬运方式C滚动搬运B跳跃搬运A悬浮搬运水流方向第62页/共99页水体环境的化学参数氧化—还原电位（Eh）酸碱度（PH）盐度：水的盐度是其中所溶解的固体物质的质量百分比。温度影响许多矿物和气体的溶解度，故对化学沉淀有重大影响。温度与蒸发作用对盐类矿物的沉积有特殊作用，钙、镁、硫酸盐及钾、钠的碳酸盐、氯化物等，都需要一定的封闭环境、气候炎热干燥、蒸发作用强烈的水盆中才能形成。浅海碳酸盐沉积主要分布在北纬及南纬20~30度的温暖气候区。现代鲕粒岩和海滩岩水温标准为15~30度。生物礁生活在大于18度的热带海洋中。正常海水含有质量35/1000的可溶物，其含氯量为19.4/1000。盆地内盐度的大小对有机质的保存有关。有机质的来源与盐度有关。（图2-5）PH=7（中性介质），PH<7（酸性介质），

PH>7（碱性介质）。水介质是决定某些矿物会沉淀下来的一个重要原因。（图2-4）Eh=0为中性,Eh>0为氧化环境,Eh<0为还原环境对氧化还原极为敏感的是价元素（Fe,Mn等）。常用的标志是含铁自生矿物：褐铁矿—赤铁矿—海绿石—鳞绿泥石—磷铁矿—白铁矿和黄铁矿氧化还原第63页/共99页PHEh有机质有机质有机质有机质有机质等有机质有机质有机物质在不同的Eh-pH值条件下矿物-0.30.00.17.08.0第64页/共99页生物的耐盐性与盐度的关系第65页/共99页水环境的生物参数提供有机质的来源改变沉积环境加速沉积过程消耗、改造有机质生物既是沉积有机质的提供者，又是影响有机质和沉积物沉积的重要环境因素，生物至少有以下几方面的影响：生物高的出产率，提供大量的有机质来源。珊瑚、苔藓虫、放射虫、颗石藻等。生物活动引起CO2的变化可以影响碳酸盐的沉淀和溶解搬运。特别重要的是生物消耗氧气的呼吸作用和部分有机质分解消耗氧气、生成大量CO2、H2S、NH3、CH4等气体，造成下部水体和沉积物的缺氧还原作用，有机质的保存创造了条件。有机质与粘土的絮凝作用，既是物理过程，又是生化过程。沉积有机质以溶解的形式和微粒的形式存在于水盆中，可通过黏土矿物和碳酸盐颗粒产生絮凝作用或通过动物形成粪粒作用，大大加速有机质、黏土、碳酸盐矿物的沉积。生态系统中的消费者和还原者都是以生物有机质为食。特别是细菌，既大量消耗各种有机质，本身又提供了更富类脂物的有机质。第66页/共99页四、不同环境中的沉积特征1）海洋环境的有机质沉积（1）沉积场所大；（2）远洋水域有机质来源单一；（3）有机质的有利沉积条件：表层生物产量高、下层缺氧还原、持续较快沉积、絮凝作用加速沉积；（4）高能带（滨海）不利于有机质沉积保存；（5）大陆架是海洋内有机质的主要沉积区；（6）远洋盆地是生物钙、硅质丰富沉积区和有机质贫乏沉积区；（7）“堰塞”小洋盆和毗邻大陆架的深海盆是有机质重要的沉积区。第67页/共99页浮游植物(藻类)和浮游动物细菌高等植物(较高进化阶段)高等植物(较低进化阶段)地质历史时期水介质环境中有机物质的天然组合斜坡水海平面陆棚沉积物③②①①②③地质有史期间有机物质的主要天然组合寒武-志留纪泥盆-侏罗纪白垩纪-近代细菌,藻类和浮游动物++++++++高等植物降解,部分氧化,由微生物再加工0+++很少到适中的变化0++++(三角洲,大陆边缘)第68页/共99页在黑海中生命物体的组成与每年的产量有机体类型生命体，干重（103t）年产量，干重（103t）浮游植物650200000细菌32080000浮游动物50015000水底动物450018000水底植物375375鱼1800900第69页/共99页近2000年来黑海中有机碳估算。大约有机碳总输入量的4%固定在沉积岩中有机质的来源有机质的归宿100<15>80510325碳的进入用g碳/m2/a表示4黑海中有机质的归宿黑海中有机质的来源4第70页/共99页现代碳酸盐岩沉积与两个因素有关：1碎屑相对少；2生物产率高此碳酸盐岩的9个准相，有有机地球化学家采用标准相带图生物群颜色岩性相和一般环境相号横剖面图第71页/共99页加利福尼亚波尔德兰盆地中砂（实线箭头）和泥（虚线箭头）的来源、路径和搬运模式盆地陆架边缘海底峡谷砂滨线河流波痕浑浊层离岸流第72页/共99页2）过渡环境的有机质沉积有机质来源的二元性低能缓流还原环境、有利于有机质的沉积干旱泻湖环境、富有机质泥岩常和蒸发岩组成旋回过渡带以陆相淡水和海相咸水环境交替为特征，使有机质来源更复杂第73页/共99页与海相同具有过度性质的“海湖”可以马拉开波湖为例，从该湖南面卡塔通博河注入大量淡水和陆源物质。从其北面通过海峡海水注入湖中，密度和盐度较大的混合水沉入下部。湖水上淡下咸，在下形成还原环境。湖表层生物产率极高，湖底为粘稠状蓝—黑色淤泥，具很强的H2S味，其有机碳丰度超过5%。湖盆中心沉积物含磷低含硫高。这类封闭性好，滞流的过渡性水盆地极有利于有机质的沉积。有机碳占天然干沉积物的百分比。有机溶剂抽提物占天然沉积物的百分比。呈P2O5状态的磷。硫（%）马拉开波湖底沉积物中各种组分的分布卡塔通博河卡塔通博河第74页/共99页干旱泻湖环境、富有机质泥岩常和蒸发岩组成旋回蒸发盐盆地沉积的4个阶段：（1）静海相阶段：旋回开始海水盐度开始增高，底水停滞缺氧，生物发育，沉积了富有机质腐泥岩相，常为油页岩；（2）浓缩阶段：海水浓缩，表层出现早期盐类沉积，动物群稀少；（3）稳定蒸发阶段：蒸发盐岩依次大量沉积，表层石盐和石膏沉淀并保存在底补；（4）终结阶段：盐充填盆地，最后形成钾盐。静海相阶段终结阶段稳定蒸发阶段浓缩阶段第75页/共99页3）湖泊环境的有机质沉积有机质来源的二元多方向性营养型湖浪基面以下的还原环境是有利的富集区湖泊的差异性大，沉积的有机质差异也大营养型谈水湖泊的较深—深湖及前三角洲亚环境沉积富有机质泥岩、组成碎屑—粘土岩旋回盐湖中富有机质的油页岩、泥质岩常与蒸发岩组成旋回。如美国的怀俄名、科罗拉多和尤塔州始新世绿河组沉积。第76页/共99页从图可见：一个内陆湖泊的氧化还原相带与沉积水动力状况关系密切。在河口区，水动力活跃的湖盆北部，氧化带相宽；湖湾区，水动力相对稳定的湖南部，氧化相带窄，还原相带面积大。-263-252000000青海湖底沉积物Eh值分布第77页/共99页有机碳含量的分布呈环带状从湖滨浅水带向中部深水区增高。而河流入湖对有机质显出“冲淡”作用。说明河流携带有机质贫乏，不是青海湖有机质的重要来源。湖底沉积物含有2%以上地区占60%以上，明显影响有机沉积作用的是水动力状况，水深和沉积物的还原条件。青海湖底沉积物有机碳百分含量等值线第78页/共99页营养型谈水湖泊的较深—深湖及前三角洲亚环境沉积富有机质泥岩、组成碎屑—粘土岩旋回我国的松辽盆地白垩系（主要油源岩）基本为温湿气候下的湖泊沉积。在湖泊的发展过程中经历了两次大的湖进，湖面水体面积在9104km2以上，气候温暖潮湿，盆地相对稳定，沉降速度快，形成了巨大的深湖静水体，沉积了富含有机质的黑色页岩、油页岩、泥灰岩等。因为为还原环境，泥质岩中底栖生物稀少。以浮游生物为主，有完整鱼化石。层面上分布粉末状自生黄铁矿,有机碳含量达1.74~2,25%。松辽盆地巨大的石油资源主要在湖中心较深—深湖亚环境形成的。松辽盆地岩相分布图（青山口期）第79页/共99页淡水湖泊淤积充填和沼泽化的四个阶段第一阶段第三阶段第四阶段第二阶段第80页/共99页陆相沉积环境与有机质的关系示意图（据李晓清、丘东洲等，2003)第81页/共99页第二章生物的化学组成及沉积有机质

一、生物圈的演变

二、有机碳的地球化学循环

三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化第82页/共99页1微生物作用微生物的特点地球上生物动物植物原生生物生物构造简单大多数为单细胞或不分化、分化不明显的多细胞真核生物原核生物细菌,蓝细菌（蓝藻）原生动物、藻、真菌、粘菌没有核仁、核膜等结构的染色体有核仁、核膜等结构的染色体对地质体内有机质进行改造的主要是以腐生为主的细菌和真菌。第83页/共99页细菌厌氧细菌（嫌气性细菌）喜氧细菌（好气细菌）兼性细菌：在不同的环境下采用不同的呼吸方式喜氧细菌厌氧细菌光合作用细菌进化方向释放出少量能量利用葡萄糖中的结合氧将其分解为二氧化碳和其它代谢产物和水无氧呼吸将葡萄糖分解二氧化碳和水释放出大量能量有氧呼吸第84页/共99页微生物的分布温度：-10~105度压力：1000atmPH：1~11深度：几十米范围内十分活跃微生物的代谢机制微生物吸收营养的机制，即营养物跨膜输运的机制不同微生物分泌不同的胞外酶，可分解利用不同的有机质有机化合物是异养微生物的主要碳源和能源分解途径：分子结构由大到小合成途径：分子结构由小到大小分子化合物经过跨膜进入细胞后，还要由酶来降解第85页/共99页异养微生物在有机地球化学中的作用异养微生物是地球生命的先驱异养微生物是分解者造成有利于有机质沉积的环境对生物元素地化循环有特殊贡献改造、代谢有机质参与或促进形成甲烷气、腐殖质和干酪根绿色植物光合微生物其他生物能量阳光CO2能源碳源大气中CO2占0.03%不足以供给绿色植物只能靠细菌将有机质转化成CO210%细菌转化90%大气CO2其它生物代谢和氧化燃烧占第86页/共99页微生物的生长和繁殖使细胞增值和分裂通过生物合成生成高能态ATP（三磷酸腺苷）一切异养微生物利用的氧化过程中所释放的能量进行磷酸化作用氧化过程无氧呼吸作用发酵作用有氧呼吸作用造成有利于有机质沉积的环境有氧参加，最终使有机质彻底氧化成CO2和H2O。既消耗有机质，又大量消耗氧。消耗有机质对有机质沉积、保存有害大量消耗氧造成无氧环境，对其它有机质沉积有利无氧参加，分解主要产物仍然是有机质。发酵作用主要是改造有机质，而不消耗有机质。还原环境及在中进行的发酵作用，有利于有机质沉积和保存。有氧呼吸作用比发酵效率约高10倍。在氧化环境有机质基本够能完全氧化，而在发酵环境却不能。第87页/共99页2腐植质的